図は、ある酸素化学種の分子軌道のエネルギー準位と電子配置を模式的に表したものである。この酸素化学種はどれか。1つ選べ。

1. 一重項酸素
2. 三重項酸素
3. スーパーオキシド(O₂^–)
4. 過酸化物イオン(O₂^2-)
5. オゾン

　解 説　　　　　

選択肢 1,2 ですが
一重項酸素、三重項酸素はそれぞれ、¹O₂,³O₂ と表されます。それぞれ、励起状態、基底状態です。電子スピンが励起して同じ軌道に２つ電子がスピン逆向きで入っているか、並行に別の軌道に入っているかの違いがあります。これらは O₂ つまり電子数は 16 個です。一方、図は電子が 17 個あるため明らかに誤りです。

選択肢 3 は、正しい記述です。

選択肢 4 ですが
O₂ ^2-　は、電子数が 18 個です。よって、明らかに誤りです。

選択肢 5 ですが
オゾンは O₃ です。電子数は 24 です。よって、明らかに誤りです。

以上より、正解は 3 です。

化合物Aの最も安定な立体配座に関する記述のうち、誤っているのはどれか。1つ選べ。

1. シクロヘキサン環は、いす形配座である。
2. ヒドロキシ基aは、アキシアル位にある。
3. イソプロピル基bは、エクアトリアル位にある。
4. 炭素-炭素結合cとdは、ほぼ平行である。
5. 炭素-水素結合eとfは、ほぼ平行である。

　解 説　　　　　

シクロヘキサンには主にいす形配座と舟形配座があり、これらは平衡が成り立っています。

ただし、いす形配座のほうが置換基同士の立体障害が小さく済むので、いす形配座が最も安定な立体配座となり、平衡もそちらに傾きます。

また、いす形配座の中でも、大きい置換基がエクアトリアル位にあるほうがより安定です。これは、大きい置換基がアキシアル位にあると、1,3－ジアキシアル相互作用による立体反発が生じるからです。以上を踏まえて化合物 A を立体的に描くと、以下のようになります。

ここで選択肢を見ると、1 はいす形なので正しいことがわかります。

2 と 3 は、全ての置換基がエクアトリアル位を取ることができるので、2 が誤りで、3 が正しい記述となります。

4 と 5 も上図の構造式を見ると正しいと判断できます。

よって、正解は2です。

以下の反応で得られる化合物の酸素原子アに関する記述のうち、正しいのはどれか。1つ選べ。

1. 主に酸素原子a由来である。
2. 主に酸素原子b由来である。
3. 主に酸素原子c由来である。
4. 主に酸素原子d由来である。
5. 酸素原子a由来のものとd由来のものが約50%ずつ存在する。

　解 説　　　　　

1つ目の反応は過酸によるアルケンのエポキシ化で、この syn 付加反応によってエポキシドが生成します。

2つ目の反応は酸触媒による開裂反応ですが、このとき中間体としてカチオンが生成します。

第一級カチオンよりも第三級カチオンのほうが安定なので、以下のような反応機構が描けます。

よって、酸素原子アは c 由来となるので、正解は 3 となります。

下式に示した、光学的に純粋な化合物Aと水とのS_N1反応に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1. Aの化合物名は(R)-3-bromo-3,4-dimethylpentaneである。
2. 光学的に純粋なアルコールが得られる。
3. 反応速度は、Aの濃度及び水の濃度のいずれにも比例する。
4. 水は求核剤として作用する。
5. 反応はカルボカチオン中間体を経由して進行する。

　解 説　　　　　

1 は誤りで、正しくは (S)－3－bromo－2,3－dimethylpentane です。

立体配置について、不斉炭素に結合している 4 つの原子団の優先順位は上図の ① ～ ④ の通りです。よって、④ を奥に見たときに ①、②、③が反時計回り（左回り）になっているので、S 体であることがわかります。

また、主鎖の炭素は赤い数字で示した順番に数えます。もし反対にしてしまうと、「3－bromo－3,4－dimethyl」となりますが、より若い番号で表記できる「3－bromo－2,3－dimethyl」を採用します。

2 と 5 について、S_N1 反応とはカルボカチオン中間体を経る 2 段階の求核置換反応です。カルボカチオン中間体が平面構造となるため、最終生成物はラセミ体となります。よって、2 は誤りで、5 は正しい記述と判断できます。

3に関して、S_N1 反応の反応速度は基質濃度のみに依存します（求核試薬は関係しません）。これは、一連の反応の律速段階が、基質がカルボカチオンになるところだからです。よって、反応速度は、求核剤である水の濃度には比例しないので、3 は誤りです。ちなみに、S_N2 反応の反応速度は、基質と求核試薬の両方の濃度に依存します。

4 で、H₂O が求核剤となってアルコールが生成するので、これは正しいです。

以上から、正解は 4 と 5 になります。

ジクロロメタンを溶媒として、同じ物質量の塩化ベンゾイルとベンジルアミンとを室温で反応させたところ、塩化ベンゾイルのほぼ半量が生成物に変化したところで反応が停止した。この反応を再度行うにあたって、反応条件を改善して、塩化ベンゾイルのほぼ全量を生成物に変換したい。改善方法として適切なのはどれか。2つ選べ。

1. ベンジルアミンに対して1当量以上のトリエチルアミンをさらに加える。
2. ベンジルアミンの量を2倍にする。
3. 塩化ベンゾイルの量を2倍にする。
4. ジクロロメタンの代わりにメタノールを溶媒として用いる。
5. ジクロロメタンの量を半分にする。

　解 説　　　　　

この反応はアミンの求核置換反応です。問題文に記載された化学反応式から、反応前後で HCl が抜けていることがわかります。よって、この反応では塩化ベンゾイル 1 分子とベンジルアミン 1 分子から、生成物 1 分子と H⁺ が 1 つ、Cl^ー が 1 つ生じることになります。

この H＋ が塩基であるベンジルアミンと反応してしまうので、最初の条件では反応が半量しか進みません。基質である塩化ベンゾイルを全量反応させるためには、ベンジルアミンが H⁺ によって潰されても大丈夫なようにベンジルアミンを追加するか、または、ベンジルアミンが H⁺ に潰されないようにするかの 2 つです。

前者の解決策は選択肢 2 です。基質が完全に反応するとH⁺ が 1 当量生じますが、ベンジルアミンが 2 当量あれば、1 当量分が H⁺ が反応しても、もう 1 当量分で基質と完全に反応できる計算となります。

後者の解決策は選択肢 1 です。ベンジルアミンよりも塩基の強いトリエチルアミンがあれば、H⁺ はそちらと反応します。結果としてベンジルアミンはそのままの形で残るので、全量を基質と反応させることができます。

以上から、正解は 1 と 2 です。

図は、タンパク質加水分解酵素キモトリプシンの酵素活性部位における相互作用を模式的に示したものである。この図に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1. His57とSer195との間の相互作用は、Ser195のヒドロキシ基の求核性を高めている。
2. Asp102とHis57との間の相互作用は、His57のイミダゾリル基の塩基性を低下させている。
3. 疎水性ポケットと基質タンパク質との間の相互作用は、酵素の基質特異性を高めている。
4. Ser195のヒドロキシ基は、基質タンパク質をプロトン化することによって、ペプチド結合の切断を容易にしている。

　解 説　　　　　

選択肢 1 は、正しい記述です。
His 57 の N 原子が Ser 195 の H を引き抜くことで、O^– ができ、求核性が高まります。

選択肢 2 ですが
Asp102 により、His57 のイミダゾリル基の塩基性が「高」まります。これにより、His 57 の N 原子が Ser 195 の H を引き抜くことを可能にします。よって、選択肢 2 は誤りです。

選択肢 3 は、正しい記述です。

選択肢 4 ですが
Ser 195 の ヒドロキシ基は、基質タンパク質のカルボニル基を攻撃し共有結合を一時的に作ります。基質タンパク質のプロトン化ではありません。よって、選択肢 4 は誤りです。

ちなみに、57,102,195 は、キモトリプシンの触媒三残基として知られています。

以上より、正解は 1,3 です。

生体において解糖や糖新生は、アルドラーゼにより触媒される可逆過程(アルドール反応及び逆アルドール反応)を含む。Aの構造式として正しいのはどれか。1つ選べ。ただし、構造式はすべて鎖状構造を示している。

　解 説　　　　　

この反応は、解糖におけるフルクトース－1,6－ビスリン酸（FBP）がグリセルアルデヒド－3－リン酸（GAP）とジヒドロキシアセトンリン酸（DHAP）になる段階です（糖新生ならその逆）。よって、FBP の構造を知っていればそれで答えが出せますが、そうでなくても問題文に書いてあるアルドール反応というヒントから解けばよいです。

これは平衡反応なので、未知の A から既知の化合物が生成する反応ではなく、この解説では、既知の化合物から A に変化する反応について考えていきます。アルドール反応とは、酸もしくは塩基の存在下、α 水素を有するアルデヒドまたはケトンが 2 分子間で起こす付加反応のことです。

まずは 1 分子目の α 水素が脱プロトン化し、それが 2 分子目のカルボニル基にアタックすることで付加反応が成立します。（下図の反応式は概略で、より具体的な反応機構は後述します。）

ここで問題に戻ると、一方がアルデヒド、他方がケトンであり、どちらが脱プロトン化して他方をアタックするのかを考える必要があります。選択肢はいずれも炭素が 6 つ縦に並んでいるので側鎖がありません。よって、アタックされる側はアルデヒドであることがわかります（ケトンのカルボニル基にアタックすると、側鎖を生じてしまいます）。

続いて、ケトンの α 水素を引き抜くことが反応の始まりとなりますが、どの α 水素が抜けるかによって生成物が変わるため、ここも考えなくてはいけません。けれどこれは結構単純で、「－CH₂－OPO₃^2ー」は負電荷を持っていて電子が豊富なので、求核剤が近づきにくい状態となっています。

一方の「－CH₂－OH」は酸素の電気陰性度によってメチレン基の電子が引っ張られているので求核性は高まっています。よって、反応の起点となる α 水素は、メチレン基のところです。以上から、このアルドール反応の反応機構は次のようになります。（「－CH₂－OPO₃^2ー」は R と略しています。）

よって、正解は 3 です。

図は、ある化合物の¹H-NMRスペクトル(300MHz、CDCl₃、基準物質はテトラメチルシラン(TMS))である。この化合物の構造式はどれか。1つ選べ。なお、イのシグナルは一重線であり、エのシグナルはヒドロキシ基のプロトンに由来する。

　解 説　　　　　

NMR スペクトルの問題はどこからアプローチしてもよいのですが、わかりやすいのはイの 3H です。

選択肢を見ると、1 には－CH₃ がないので不適、4 と 5 は－CH₃ が 2 つあるのでこれらも不適です。

2 と 3 は －CH₃ が1つで、かつ、隣接炭素には水素が付いていないのでイのシグナルがシングレットであることに矛盾しません。よって、答えは 2 か 3 なので、これらで違うところに注目します。

2 と 3 では上記で注目した－CH₃ の場所が異なり、2 ではエーテルの隣、3 ではアリル位（アルケンの二重結合の 1 つ隣）です。

エーテルのシグナルは 3 ～ 4 ppm、アリル位のシグナルは 1.5 ～ 2 ppmくらいに出るはずですが、イ のシグナルは 3.9 ppmなので、これはエーテルの隣が正しいと判断できます。

以上から、正解は 2 となります。一応、2 で正しいかをほかのシグナルから確認しておきます。

芳香環に直接付いている水素のシグナルは 6 ～ 9 ppmくらいに見られるので、カ と キ の計 3H 分がこれに当たります。

アルケンに付いている水素のシグナルは 4.5 ～ 6 ppm くらいに見られるので、ウ の2H がアルケンの末端側、オ の 1H がアルケンの他方側に対応します。エ のシグナルは問題文に記載された通りヒドロキシル基で、残る ア のシグナルがメチレン基の 2H ということになります。

天然物A～Eの生合成に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1. Aは、シキミ酸経路と酢酸-マロン酸経路の複合経路で生合成される。
2. Bは、酢酸-マロン酸経路とイソプレノイド経路の複合経路で生合成される。
3. Cは、イソプレノイド経路で生合成される。
4. Dは、シキミ酸経路で生合成される。
5. Eは、トリプトファン由来のアミノ酸経路とイソプレノイド経路の複合経路で生合成される。

　解 説　　　　　

選択肢 1 は、正しい記述です。
A は、レスベラトロールです。ポリフェノールの一種です。シキミ酸と酢酸－マロン酸の複合経路で生合成されます。

選択肢 2 ですが
B は、ダイゼインです。シキミ酸経路と酢酸－マロン酸経路の複合経路で生合成されます。イソプレノイドとの複合経路ではありません。よって、選択肢 2 は誤りです。

選択肢 3 ですが
C は、エモジンです。1分子のアセチルCoAと 7分子のマロニルCoAから生合成されます。イソプレノイド経路ではありません。よって、選択肢 3 は誤りです。

選択肢 4 は、正しい記述です。
D は、カフェイン酸です。C6-C3構造に注目すればフェニルプロパノイドとわかります。従って、シキミ酸経路で生合成されると判断できます。

選択肢 5 ですが
E は、パパベリンです。チロシン由来のアルカロイドです。トリプトファン由来ではありません。（トリプトファンはインドール環ですが、パパベリンはイソキノリン環である点から誤りと判断できると考えられます。）よって、選択肢 5 は誤りです。

以上より、正解は 1,4 です。
類題 98-109,102-109

生薬の基原と用途に関する記述のうち、正しいのはどれか。2つ選べ。

1. キョウニン及びトウニンは、いずれもバラ科植物の種子を基原とし、駆瘀血薬として用いる。
2. トウキ及びセンキュウは、いずれもセリ科植物の葉を基原とし、それぞれ補血薬及び駆瘀血薬として用いる。
3. ショウキョウ及びカンキョウは、いずれもショウガ科植物ショウガの根茎を基原とするが、加工法が異なっており、薬効にも違いが認められる。
4. ニンジン及びコウジンは、いずれもセリ科植物オタネニンジンの根を基原とし、補気薬として用いる。
5. ソウジュツ及びビャクジュツは、いずれもキク科植物の根茎を基原とし、利水薬として用いる。

　解 説　　　　　

選択肢 1 ですが
トウニンについては正しい記述です。キョウニンについては、バラ科種子が基原ですが鎮咳去痰薬として用いられます。駆瘀血薬ではありません。よって、選択肢 1 は誤りです。

選択肢 2 ですが
トウキは根、センキュウは根茎が基原です。ともに「葉」ではありません。他は正しい記述です。よって、選択肢 2 は誤りです。

選択肢 3 は、正しい記述です。
生がショウキョウ、蒸して乾燥させたものがカンキョウです。

選択肢 4 ですが
セリ科ではなく、ウコギ科です。他は正しい記述です。よって、選択肢 4 は誤りです。

選択肢 5 は、正しい記述です。

以上より、正解は 3,5 です。